Le dégivrage des avions à l'aide d'antigels chimiques est une pratique courante pendant les mois d'hiver. La nouvelle technologie anti-givre de Virginia Tech a le potentiel d'être utilisée dans les applications aérospatiales, y compris la fabrication d'ailes d'avion. Crédit :domaine public
Rien ne prédit l'arrivée de l'hiver comme le givre sur les pare-brise.
Alors que l'inconvénient de gratter ou de dégivrer les vitres des voitures peut définir des matins froids pour de nombreux conducteurs, le gel des péages pèse sur l'économie au sens large est plus qu'une simple nuisance. Des vols retardés aux pannes de courant, l'accumulation de glace peut coûter aux consommateurs et aux entreprises des milliards de dollars chaque année en perte d'efficacité et en panne mécanique.
Nouvelle recherche de Virginia Tech, publié cette semaine dans Matériaux et interfaces appliqués ACS , espère changer cela. Avec la première démonstration au monde d'une surface anti-givre passive, l'étude fournit une preuve de concept pour garder les surfaces à 90 pour cent sèches et sans gel indéfiniment, le tout sans aucun produit chimique ni apport d'énergie.
"Le glaçage est un gros problème, et les chercheurs travaillent à résoudre ce problème depuis des années, " dit Farzad Ahmadi, doctorant au département de génie biomédical et de mécanique de Virginia Tech au College of Engineering et auteur principal de l'étude.
Ahmadi a expliqué que les approches traditionnelles de lutte contre le gel reposaient sur l'application d'antigels chimiques ou d'apports énergétiques, comme la chaleur. Même la méthode séculaire consistant à jeter du sel sur les routes est essentiellement un traitement chimique. D'autres avancées récentes incluent des revêtements spéciaux pour les surfaces qui empêchent la formation de givre, mais ces revêtements ne sont pas durables et ont tendance à s'user facilement.
« Pour ce projet, nous n'utilisons aucun type de revêtement spécial, produits chimiques, ou de l'énergie pour vaincre le gel, " a déclaré Ahmadi. " Au lieu de cela, nous utilisons la chimie unique de la glace elle-même pour empêcher la formation de givre. "
En utilisant une approche simple de la conception, les chercheurs ont créé leur surface anti-givre sur de l'aluminium non traité en dessinant des rayures de glace sur un réseau microscopique de rainures surélevées. Les rainures microscopiques agissent comme des zones sacrificielles, où des bandes de glace intentionnelle se forment et créent des zones de basse pression. Ces zones de basse pression attirent l'humidité de l'air à proximité sur la bande de glace la plus proche, maintenir hors gel les zones intermédiaires qui se chevauchent, même par temps humide, conditions sous le point de congélation.
Un modèle réduit de la technologie anti-givre de l'équipe appliquée à une petite feuille d'aluminium non traité. Des micro-ailettes surélevées de glace sacrificielle permettent au reste de la surface de rester au sec et à l'abri du gel. Crédit :Virginia Tech
Ces bandes de glace sacrificielles ne représentent que 10 pour cent de la surface du matériau, laissant les 90 pour cent restants complètement secs.
"Le vrai pouvoir de ce concept est que les bandes de glace elles-mêmes sont la chimie, ce qui signifie que le matériel que nous utilisons n'est pas pertinent, " a déclaré Jonathan Boreyko, professeur adjoint au Département de génie biomédical et de mécanique. "Tant que vous avez ce modèle approprié de glace sacrificielle, le matériel que vous utilisez peut être pratiquement n'importe quoi. Il y a donc beaucoup de possibilités."
Les chercheurs voient des applications immédiates de la technologie dans l'industrie CVC, où les composants extérieurs des échangeurs de chaleur (comme les pompes à chaleur et les systèmes de ventilation) utilisent déjà un motif de micro-ailettes sur leurs surfaces. Les fabricants n'auraient qu'à appliquer le bon motif de rainures sur ces ailettes pour empêcher le givre de s'accumuler à l'intérieur des systèmes.
D'autres applications incluent les matériaux aérospatiaux, comme des ailes d'avion. Et oui, avec un peu plus de développement, les pare-brise de voiture sont également une option pour la technologie anti-givre, qui a déjà obtenu un brevet complet.
En plus de ses qualités anti-givre sans précédent, la technologie pourrait apporter des avantages supplémentaires :elle peut aider à compenser les méthodes traditionnelles de lutte contre la glace qui ont des implications troublantes pour l'environnement. Par exemple, il faut des milliers de gallons d'antigels chimiques pour dégivrer les ailes d'un avion en un seul vol. Ces produits chimiques s'écoulent dans les eaux souterraines, se disperser dans l'air sous forme de minuscules gouttelettes, et peut avoir des effets durables sur la végétation et la faune, même les humains.
"Ce qui est bien avec la glace, c'est qu'elle est écologique, " a déclaré Ahmadi. " Ce n'est pas comme les autres produits chimiques ou même le sel, qui non seulement collent mais se dilue ou s'édulcore avec le temps."
Boreyko a déclaré que l'une des contributions les plus importantes de l'étude était le développement d'un modèle rationnel pour la quantité de produits chimiques (dans ce cas, le produit chimique est de la glace) à appliquer afin de garder une surface sèche.
"Nous connaissons l'astuce depuis des siècles, " dit-il. " Vous déposez un produit chimique à basse pression, comme le sel, et il garde tout le reste autour de lui assez sec. Mais maintenant, nous rendons cet effet éternel, et nous rendons sa distribution rationnelle."
